Geologia na engenharia civil - investigações do subsolo

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FACULDADE DO MARANHÃO
GEOLOGIA
INVESTIGAÇÕES DO SUBSOLO
Prof. Ana Paula
Processo de investigação – sondagens;
Métodos de investigação do subsolo:
Poços e trincheiras	Sondagens a trado
SPT e SPT-T		Sondagens rotativas e mistas, CPT	Ensaio de palheta – vane test,
Ensaio dilatométrico DMT	Ensaio pressiométrico PMT.
1. O PROCESSO DE INVESTIGAÇÃO
Objetivos da sondagem:
Necessidade do conhecimento adequado do solo;
Descrição, classificação e origem dos elementos geológicos (cor, textura, processo formador);
Estratigrafia e distribuição geológico-geotécnica das camadas;
Estimativa da espessura das camadas de solo e/ou rochas;
Saber resistência da camada investigada;
Posição do nível d’água;
1. O PROCESSO DE INVESTIGAÇÃO
Objetivos da sondagem:
Identificação e classificação do solo – coleta de amostras ou outro processo in situ;
Avaliação das propriedades de engenharia – ensaios de laboratório ou de campo (mais comuns).
1. O PROCESSO DE INVESTIGAÇÃO
Tipos de sondagem:
Geofísicas: não há necessidade de perfuração do maciço explorado.
Métodos sísmicos e métodos elétricos
Usado para prospecções a grandes profundidades.
Ex: detector de materiais enterrados (metais).
1. O PROCESSO DE INVESTIGAÇÃO
Tipos de sondagem:
Mecânicas: há perfuração do maciço explorado.
Usados em geral para pequenas profundidades – Até 100 m.
São chamadas sondagens sub-superficiais.
1. O PROCESSO DE INVESTIGAÇÃO
Tipos de sondagem:
Escavação de poços de exploração;
Escavação de trincheiras (muito usada para prospecção de jazidas);
Sondagens a trado;
Sondagens a percussão (muito usada para fundações);
Sondagem rotativa (para maciços muitos resistentes);
Sondagem rotativa = Percussão + Rotativa.
2. PROGRAMAÇÃO DE SONDAGENS
Quantidade de furos:
Até 200 m² → 2 furos
200 m² a 400 m² → 3 furos
1200 m² a 2400 m² → 1 furo para cada 400 m² excedidos de 1200
Acima de 2400 m² → plano particular da construção Estudos de viabilidade → mínimo de 3 sondagens e distância
máxima de 100m
ABNT NBR 8036:1983 - Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios - Procedimento
2. PROGRAMAÇÃO DE SONDAGENS
Quantidade de furos:
ABNT NBR 8036:1983 - Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios - Procedimento
3. MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
Processos indiretos
Resistividade elétrica e sísmica de refração.
Processos diretos:
Inspeção in situ → trincheiras, poços;
Amostragem indeformada → coleta manual, amostradores de parede fina.
Amostragem deformada → escavação manual, trado, amostradores de parede grossa.
3.1 POÇOS E TRINCHEIRAS
“Escavações feitas no solo com a finalidade de retirada de amostras e inspeção direta do terreno ao longo da profundidade de estudo.”
Poço: Seções circulares, menores (o mínimo para permitir o aces	o do operário) e profundidade maior que a trincheira;
Trincheira: Seção retangular, mais conhecida como vala.
3.1 POÇOS E TRINCHEIRAS
Permitem a observação da estratificação das camadas do solo;
Permitem a tomada de amostras indeformadas para caracterização do solo e determinação dos parâmetros de resistência;
Escavações manuais geralmente não escoradas
Até o encontro do nível d'água ou onde for estável.
NBR 9604:2015 – Abertura de poço e trincheira de inspeção em solo, com retirada de amostras deformadas e indeformadas — Procedimento
3.1 POÇOS E TRINCHEIRAS
3.1 POÇOS E TRINCHEIRAS
3.1 POÇOS E TRINCHEIRAS
3.2 SONDAGEM A TRADO
“Sondagem a trado é um método de investigação de solos que utiliza como instrumento o trado: um tipo de amostrado de solo constituído por lâminas cortantes, que podem ser espiraladas ou convexas. Tem por finalidade a coleta de amostras deformadas, determinação da profundidade do nível d'água e identificação dos horizontes do terreno.”
3.2 SONDAGEM A TRADO
3.2 SONDAGEM A TRADO
Perfurações executadas com trados manuais;
Rápida e baratas;
Não exige equipamentos e mão de obra especializada;
Profundidade limitada à profundidade do nível d'água;
Permite a retirada de amostras deformadas;
NBR 9603:2015 – Sondagem a trado – Procedimento
3.2 SONDAGEM A TRADO
Obtêm-se somente informações sobre o tipo do material atravessado, não podendo visualizá-lo como no caso da trincheira;
Coloca-se no chão (coberto com uma lona) o material retirado dos furos de acordo com a profundidade que ele se encontrava.
NBR 9603:2015 – Sondagem a trado – Procedimento
3.3 SPT
“Sondagem a percussão é um método de investigação de solo cujo avanço da perfuração por meio de trado ou de lavagem, sendo utilizada a cravação de um amostrador para a medida de índices de resistência à penetração, obtenção de amostras, determinação do nível d'água e execução de vários ensaios in situ. É possível, ainda, no final do ensaio à penetração, medir o torque para ruptura da amostra.”
3.3 SPT
“N: abreviatura do índice de resistência à penetração do SPT, cuja determinação se dá pelo número de golpes correspondente à cravação de 30 cm do amostrador padrão, após a cravação dos 15 cm.”
ABNT NBR 6484:2001	- Solo - Sondagens de simples reconhecimentos com SPT - Método de ensaio
3.3 SPT
Objetivos:
Determinar tipos de solo em suas respectivas profundidades de ocorrência;
Índice de resistência à penetração (N) a cada metro;
Posição do nível d’água.
3.3 SPT
Vantagens:
Capazes de ultrapassar e posicionar o nível d'água;
O furo pode ser revestido se se apresentar instável;
Determina o tipo de solo em suas profundidades de ocorrência e atravessa solos mais resistentes;
Mede a resistência a penetração do solo;
Baixo custo e fácil execução;
Pode ser realizado em locais de difícil acesso.
3.3 SPT
Desvantagens:
Não ultrapassam blocos de rocha;
Podem ser detidas por pedregulhos ou solos muito compactos;
Obtenção de amostras deformadas.
3.3 SPT
3.3 SPT
Roteiro de execução:
Marcar os pontos;
Montar na posição da perfuração um cavalete de quatro pernas, chamado de tripé;
3.3 SPT
Roteiro de execução:
Perfurar com auxílio de um trado cavadeira até um metro de profundidade;
Recolher e acondicionar uma amostrar representativa de solo - amostra zero;
3.3 SPT
3.3 SPT
Roteiro de execução:
Apoiar o amostrador acoplado na haste do tripé no fundo do furo aberto, apoiar o martelo sem bater e anotar a penetração;
3.3 SPT
Roteiro de execução:
Erguer o martelo de 65kg com auxílio das cordas e roldanas até a altura de 75cm e deixar cair em queda livre;
Repetir até a penetração dos 45 cm do amostrador padrão;
3.3 SPT
Roteiro de execução:
3.3 SPT
Roteiro de execução:
3.3 SPT
Roteiro de execução:
Contar o número de quedas do martelo necessário para cravação de cada segmento de 15 cm do total de 45 cm;
Recolher e acondicionar a amostrar contida no amostrador;
3.3 SPT
Roteiro de execução:
Se encontrar o nível d'água a sondagem é realizada com a utilização do processo de perfuração por circulação d’água.
A água é injetada na haste que leva na extremidade o trépano que possui orifícios laterias e injeta água no solo. A pressão da água e movimentos de rotação e percussão imprimidos fazem com que o trépano rompa a estrutura do solo.
O solo misturado a água volta a superfície e é despejado na caixa d'água.
3.3 SPT
PORQUE DESPREZAR OS PRIMEIROS 15 cm?
3.3 SPT
Avanço do furo:
Com trado-concha até o 1º metro;
Com trado helicoidal do 2º metro até: O nível d’água;
Avanço do trado for inferior à 50mm após 10min;
Solo não aderente ao trado.
Com trépano com circulação de água quando não for possível o uso do trado helicoidal.
3.3 SPT
Registro do número de golpes:
Como geralmente não ocorre penetração exata de 45cm:
É registrada a penetração imediatamente superior a 15cm;
Conta-se o número de golpes adicionais para 30cm;
Em seguida, conta-se o adicional para o amostrador atingir 45cm.
Exemplo de Registro: 14/18 – 12/12 – 15/15.
3.3 SPT
Casos especiais:
1/47, 1/50 → Quando para o 1º golpe do martelo a penetração for superior a 45cm;
0/23. 0/51 → Se aoapoiar o martelo houver penetração (zero golpes);
15/7 → Se a penetração for incompleta.
0/65, 2/40 → Quando exceder significativamente os 45cm ou quando não for possível distinguir claramente os três intervalos de 15cm.
0/65, 1/33, 1/20 → Penetração com poucos golpes ultrapassa 45cm.
3.3 SPT
Critérios para paralisação da sondagem:
Se em 3 m sucessivos for necessários 30 golpes para penetração dos 15 cm iniciais do amostrador;
Se em 4 m sucessivos for necessários 50 golpes para penetração dos 30 cm iniciais do amostrador;
Se em 5 m sucessivos for necessários 50 golpes para penetração dos 45 cm iniciais do amostrador.
Justificativa geotécnica ou solicitação do cliente.
Quando os avanços da perfuração, por circulação de água forem inferiores a 50mm após 10 minutos.
3.3 SPT
O boletim de sondagem:
Cota da boca do furo: nem sempre é a cota de implantação da obra;
Coordenadas do furo;
Nível d'água;
Nome do técnico;
Dados do equipamento;
Data e hora do início do furo;
Data e hora do fim do furo.
3.3 SPT
3.3 SPT
EXERCÍCIOS SOBRE O SPT
A respeito das sondagens à percus	ão (SPT), é cor eto dizer que:
NSPT é igual à soma do número de golpes neces	ários para penetrar os 30 cm finais no proces	o de cravação, a cada metro investigado.
apesar de ser um excelente ensaio para inspeção geotécnica dos solos, com fins de aplicação em fundações, o ensaio SPT não atraves	a solos compactos e duros.
este ensaio é realizado com uma sonda rotativa.
o ensaio (SPT) é realizado a cada 3 metros de sondagem.
as amostras de solo analisadas são indeformadas.
EXERCÍCIOS SOBRE O SPT
Com relação ao Método de Sondagem SPT (Standard Penetration Test), é incorreto afirmar que:
o ensaio SPT constitui-se em uma medida de resistência dinâmica conjugada a uma sondagem de simples reconhecimento
a perfuração é obtida por tradagem e circulação de água, utilizandose um trépano de lavagem como fer amenta de escavação.
amostras de solo são coletadas a cada metro de profundidade por meio de um amostrador padrão.
o procedimento de ensaio consiste na cravação de um amostrador, usando a queda de um peso, normalmente um bloco de aço, de 75 kg, caindo a uma altura de 65 centímetros.
os índices de resistências à cravação do amostrador permitem avaliar a compacidade e/ou consistência do solo ao longo da perfuração.
EXERCÍCIOS SOBRE O SPT
Sobre o Ensaio de Penetração Padrão (SPT - Standard Penetration Test), durante a prospecção do subsolo, é correto afirmar:
A perfuração do terreno é sempre iniciada com a técnica denominada percussão e lavagem, permitindo, desta forma, a coleta de amostras de metro em metro e sua devida identificação visual e táctil.
Quando o solo é muito fraco, de forma que a aplicação do primeiro golpe do martelo leve a uma penetração superior a 45 cm, o resultado da cravação deve ser expresso pela relação deste golpe com a respectiva penetração.
A perfuração do terreno com trado não é recomendada, mesmo acima do nível d'água, pois o uso do trado, tanto cavadeira como helicoidal, impede a coleta de amostras indeformadas para a identificação visual e táctil.
Em função da resistência à penetração, o estado do solo é classificado pela compacidade, quando o solo for argila ou silte argiloso ou pela consistência, quando o solo for areia ou silte arenoso.
Quando não ocorre penetração total do amostrador, registra-se o SPT em forma de fração, por exemplo, 30/15, indicando que para os primeiros 30 cm penetrados foram necessários apenas 15 golpes.
EXERCÍCIOS SOBRE O SPT
Sobre o Ensaio de Penetração Padrão (SPT- Standard Penetration Test), durante a prospecção do subsolo, é correto afirmar:
Na amostragem, são anotados os números de golpes do martelo de peso 75 kg necessários para cravar cada trecho de 15 cm do amostrador. A resistência à penetração é definida como sendo o número de golpes necessários para cravar 30 cm iniciais do amostrador.
Quando não ocorre penetração total do amostrador, registra-se o SPT em forma de fração, por exemplo, 35/12, indicando que para 35 cm de penetração foram realizados 12 golpes.
A perfuração por lavagem é mais rápida do que pelo trado, entretanto, ela só pode ser utilizada abaixo do nível d’água, uma vez que, acima alteraria o teor de umidade do solo, assim como, as condições de amostragem.
A cravação do barrilete amostrador será interrompida quando se obtiver penetração inferior a 15 cm após quinze golpes consecutivos, não se computando os cinco primeiros golpes do teste, ou quando o número de golpes ultrapassar 45 em um mesmo ensaio.
Mesmo em sondagens realizadas com proximidade em planta, como por exemplo, a cada 10 metros, não é permitido o traçado de seções, entre materiais semelhantes do subsolo, supondo camadas contínuas.
3.5 SONDAGENS ROTATIVAS
“Sondagem rotativa é um método de investigação que consiste no uso de um conjunto motomecanizado à perfuração de maciços rochosos e obtenção de amostras de materiais rochosos com formato cilíndrico, chamadas e testemunho.”
Uso de conjunto motomecanizado: penetração e rotação;
Obtenção de amostras de materiais rochosos;
Barrilete com ponta cortante;
Amostra → testemunho.
3.5 SONDAGENS ROTATIVAS
3.5 SONDAGENS ROTATIVAS
3.5 SONDAGENS ROTATIVAS
3.6 SONDAGENS MISTAS
“Sondagem mista é um método de investigação que conjuga a sondagem a percussão para o trecho em solo e a sondagem rotativa para o trecho em rocha.”
Sondagem mista: percussão + rotativa
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
“O ensaio consiste basicamente na cravação a velocidade lenta e constante de uma haste com ponta cônica, medindo-se a resistência encontrada na ponta e a resistência por atrito lateral.”
Dados fornecidos: resistência de ponta, atrito lateral e poro pressão;
Ábacos → A razão entre o atrito lateral e a resistência de ponta pode ser usada para determinar o tipo de solo atravessado;
Associado a investigação para melhor caracterização do solo atravessado.
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
Método de execução:
Consiste na cravação estática lenta de um cone mecânico ou elétrico que armazena em um computador os dados a cada 2 cm.
O cone alocado nesta bomba hidráulica é penetrado no terreno a uma velocidade de 2 cm por segundo.
O próprio equipamento, por ser hidráulico, crava o cone no terreno e funciona como uma prensa.
	Após cravado ele adquire os dados de forma automática e o próprio sistema captura os índices e faz o registro contínuo dos mesmos ao longo da profundidade.
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
Método de execução:
O equipamento do cone apresenta um conjunto de células de carga junto à ponta cônica, que permite a medida da resistência de ponta (qc), uma luva de atrito para determinação do atrito lateral do solo e transdutores de pressão capazes de medir a poro pressão do solo.
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
Método de execução:
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
Método de execução:
Preparação do cone;
Cravação com sistema hidráulico;
Penetração a 2,0 cm/s;
Registros contínuos (a cada 2cm);
Aquisição automática dos dados.
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
Estratigrafia Perfil geotécnico
Coeficiente de adensamento (Ch e Cv) Densidade relativa (Dr)
Resistência não drenada (Su) Ângulo de atrito efetivo de areias (Ø)
História de tensões (tensão de pré-adensamento, OCR) Coeficiente de permeabilidade (K)
Além dos dados lidos em tempo real durante o ensaio (qc, fs e u), podem-se obter através de correlações as seguintes propriedades:
●
●
●
●
●
●
●
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
Vantagens:
Cravação quase estática;
Precisão – Confiabilidade do resultado;
Medição da poro pressão;
Rapidez de execução e agilidade dos resultados.
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
Desvantagens:
Falta de experiência dos profissionais.
Geralmente, é necessário que o terreno tenha condições de acessibilidade para receber o equipamento que pode estar montado sobre umcaminhão. Dentro da equipe que acompanha esse procedimento é necessário que haja algum engenheiro geotécnico
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
3.7 ENSAIO DE CONE – CPT – CONE PENETRATION TEST
3.8 ENSAIO DE PALHETA – VANE TEST
“O ensaio de palheta é tradicionalmente empregado na determinação da resistência ao cisalhamento não drenado, Su, das argilas moles.”
3.8 ENSAIO DE PALHETA – VANE TEST
3.8 ENSAIO DE PALHETA – VANE TEST
Consiste na rotação a uma velocidade de rotação patrão de uma palheta cruciforme em profundidades pré-definidas. A medida do torque T versus a rotação permite a determinação da resistência não drenada do solo.
3.8 ENSAIO DE PALHETA – VANE TEST
Vantagens
Equipamento simples;
Repitibilidade;
Interpretação;
Medida de uma grandeza física.
Desvantagens
Extremamente lento;
A resistência não-drenada é um tópico complexo. Recomenda-se também ensaios de laboratório.
3.9 ENSAIO DILATOMÉTRICO - DMT
Estimativa do módulo de elasticidade das camadas de solo prospectadas.
3.9 ENSAIO DILATOMÉTRICO - DMT
O teste consiste na cravação de ponteira metálica, com interrupções desta cravação a cada 20 cm.
Nestas interrupções, é introduzido gás nitrogênio que expande a membrana metálica da ponteira contra o terreno.
Dessa expansão, registram-se em manômetro de precisão duas leituras: a primeira quando a dilatação da membrana “vence” o esforço de compressão do terreno, e a segunda quando esta deforma o solo de 1,1mm.
3.10 ENSAIO PRESSIOMÉTRICO - PMT
Estimativa do módulo de elasticidade das camadas de solo prospectadas.
Consiste na inserção em um pré- furo de sonda pressiométrica e deformação radial de membrana por meio de inserção de gás nitrogênio.
As medidas de deformação são através do painel de controle, que mede variações de pressões e volumes ocorridos com a deformação do solo.
3.10 ENSAIO PRESSIOMÉTRICO - PMT
RESUMINDO...
RESUMINDO...
RESUMINDO...
EXERCÍCIOS
5) Durante os estudos geotécnicos do solo de uma região em que será realizada uma ter aplanagem, foram realizados os seguintes testes:
sondagem à percus	ão	• ensaio de palheta (Vane test);
ensaio de Piezocone.
Julgue o item subsecutivo, com base nas informações apresentadas acima.
No ensaio de Piezocone, podem ser medidos três dados do solo: resistência de ponta, resistência ao atrito lateral e pressões neutras.
A sondagem à percussão, por meio de cor elação, permite medir as mesmas propriedades do solo determinadas pelos ensaios de palheta e Piezocone.
O ensaio de palheta é empregado para determinar o grau de compacidade de solos arenosos.
EXERCÍCIOS
O ensaio que consiste na expansão de uma sonda ou célula cilíndrica, normalmente de bor acha, instalada em um furo executado no ter eno, é:
de cone;
pres	iométrico;
de palheta;
de dilatômetro;
SPT.